Ultrageluid kan helpen de hersenen te controleren

In een van de bekendste wetenschappelijke publicaties verscheen een artikel van een team wetenschappers over hun nieuwe werk: de specialisten slaagden erin de acties van rondwormen te controleren met een speciaal gen door ze te beïnvloeden met ultrageluid.

Het hoofd van de wetenschappelijke groep, Stuart Ibsen uit Californië, legde uit dat laagfrequente ultrageluidsgolven die zich door het lichaam verspreiden, vrijwel niet verstrooid worden, wat ze onderscheidt van licht. Deze eigenschap kan bijvoorbeeld nuttig zijn bij het stimuleren van diepe hersengebieden.

Het team van Ibsen kon de acties van de transgene rondwormen controleren met behulp van ultrasone golven en luchtbellen in het kweekmedium rond de wormen.

Wetenschappers hebben het genoom van rondwormen zo aangepast dat hun zenuwcellen gevoelig worden voor commando's die via ultrageluid worden verzonden. De specialisten zijn hierin geslaagd door het TRP-4-gen in het DNA van de wormen te introduceren. Dit speciale gen bevat een bepaalde 'gids' voor het samenstellen van moleculen van een ongebruikelijk eiwit dat zich op het oppervlak van neuronen bevindt; dit eiwit is verantwoordelijk voor de waarneming van ultrageluid door rondwormen en stelt hen in staat hun handelingen te controleren. Dergelijke eiwitten dienen als een soort kanaal waar bepaalde ionen doorheen passeren (in het geval van wormen openen de ionenkanalen zich voor calcium), waardoor hersencellen actief worden.

Wanneer ultrageluid eiwitmoleculen raakt, opent zich een kanaal en geeft de cel een elektrische impuls af. Hierdoor konden wetenschappers niet alleen de werking van individuele cellen, maar ook van de hele hersenen van wormen controleren. Naast ultrageluid hielpen luchtbelletjes, bedekt met een speciale vetlaag en verf, om het gedrag van wormen te beïnvloeden. Zulke belletjes hielpen bij het activeren van specifieke neuronen. Door de blootstelling aan ultrageluid dwongen wetenschappers de worm om in de tegenovergestelde richting te bewegen, een scherpe hoek te maken of helemaal niet te draaien.

Deze methode om de hersenfunctie te controleren, wordt sonogenetica genoemd en kan momenteel alleen worden toegepast op wormen. Volgens wetenschappers is het echter heel goed mogelijk om deze methode niet alleen toe te passen op andere dieren, maar ook op mensen, hoewel er veel obstakels zijn op weg naar dit doel.

Om de methode te laten werken, is het nodig om het TRP-4-gen in bepaalde lichaamscellen te introduceren en luchtbellen in de bloedsomloop te creëren. Deskundigen suggereren dat zo'n uniek systeem mensen met hersenaandoeningen, zoals epilepsie, kan helpen.

Nu moeten wetenschappers onderzoeken of de methode ook bij zoogdieren werkt. Momenteel is de wetenschappelijke groep van Ibsen al begonnen met onderzoek bij knaagdieren. Als de experimenten succesvol zijn, kan sonogenetica worden aangepast voor gebruik bij mensen. Specialisten hebben er vertrouwen in dat ze methoden zullen vinden voor "contactloze" celcontrole.

Overigens gebruiken wetenschappers ultrageluid al langer om de hersenen te stimuleren en zelfs om bepaalde ziektes te behandelen. Maar de groep van Ibsen slaagde er als eerste in om individuele cellen met ultrageluidsgolven te activeren.